利用加速度响应连续小波变换的时变系统物理参数识别

基于小波理论,推导了函数积分运算的连续小波变换计算方法,应用此方法仅用线性时变结构的振动加速度响应信号,就可计算出速度和位移响应信号的连续小波变换值,并将振动微分方程组转换成用小波表示的线性方程组,求解不同时刻的线性代数方程组识别出时变结构的物理参数(质量、刚度和阻尼)。以5自由度时变结构为仿真算例,利用添加噪声的采集信号,识别了突变、线性变化和周期变化3种不同类型的时变物理参数,算例验证了识别方法的正确性、有效性和抗噪声能力。最后还研究了多尺度分析对参数识别的影响,给出了尺度参数区间选取和离散的依据。     

基于复小波变换的结构瞬时频率识别

对结构响应信号进行连续复Morlet小波变换,根据小波系数的模极大值提取小波脊线,识别结构的瞬时频率;为降低噪音的影响,采用奇异值分解(SVD)方法进行降噪处理,建立了一种基于连续复小波变换识别时变系统瞬时频率的方法.用一个具有时变刚度的弹簧质量系统的数值算例验证方法的有效性,随后设计了一个时变拉索结构试验,分别对索施加线性和正弦变化的拉力,同时测试结构的冲击响应,运用提出的方法成功地识别了索的瞬时频率.数值与试验结果表明,提出的方法能有效地识别时变结构的瞬时频率,且识别方法具有一定的抗噪性.     

状态空间下基于小波变换的时变系统参数识别

基于状态空间和小波理论提出了时变系统的参数识别方法。该方法将线性时变系统的二阶振动微分方程转化为状态空间里的一阶微分方程组,再对系统的自由响应数据进行小波变换,利用小波尺度函数的正交性,又将一阶微分方程组的求解转化为线性代数方程组的求解问题。识别出等效的系统转移矩阵,再利用特征值分解,可以得到系统的模态参数,然后将等效的系统转移矩阵与实际物理模型中的质量、刚度和阻尼矩阵对照,识别出系统的刚度和阻尼矩阵。以4层楼房剪切模型为例,对突变、线性变化和周期变化3种情形下的时变参数进行了识别,仿真算例验证了该方法的正确性和有效性。     

基于同步挤压小波变换的结构瞬时频率识别

对结构响应信号采用连续可逆的时频变换工具—同步挤压小波变换,能提高时频曲线频率精度,有效地识别出结构的瞬时频率。用Duffing弱非线性系统及两层剪切型建筑模型验证该方法的正确性。设计时变拉索试验,分别对索施加线性与正弦变化拉力,测出结构的加速度响应,用同步挤压复Morlet小波变换算法进行索的瞬时频率识别。数值模拟及试验表明, 同步挤压小波变换能有效识别时变结构及非线性结构的瞬时频率,该方法具有较好的稳定性。     

用于时变系统参数识别的状态空间小波方法

该文利用系统的激励和受迫响应数据,基于状态空间和小波变换理论,提出了一种识别时变系统参数的新方法.该方法首先将线性时变系统的二阶振动微分方程转换为一阶状态方程,然后对系统的激励和响应信号进行小波尺度函数空间投影,利用小波尺度函数的正交性,把一阶状态空间方程解耦为线性代数方程组.其次求解方程组,识别出不同时刻的等效系统转...     

基于小波包变换和时变频率的结构地震损伤评估

基于频率变化的结构地震损伤评估方法具有机理明确和精度较高等特点,但传统信号分析方法在时频分辨率上不能同时满足精度要求,导致时变频率不能直接从响应信号中精确获取,影响频率法损伤评估的应用。依据时频边缘条件提出时频谱分析精度评价标准,通过对比不同的信号分析方法,确认具有特定基函数的小波包变换是获取精确时变功率谱的有效工具。提出基于小波包脊的时变频率提取方法,在此基础上依据结构频率的变化可计算结构时变损伤指标,并最终实现结构多维地震损伤评估。算例表明基于小波包变换和时变频率的结构地震损伤评估方法可以较准确地反映结构的整体损伤演变过程和最终损伤程度。应用该方法时仅需要结构的位移时程,在结构动力分析、抗震验算以及实际结构的震害评估中均具有良好的适用性。     

基于小波变换的时变及典型非线性振动系统识别

用Morlet小波变换方法对时变振动系统和典型非线性振动系统进行参数识别。首先,通过Morlet小波变换提取振动响应的小波脊线,从而获得瞬时频率和瞬时幅值,然后,通过最小二乘曲线拟合即可估计系统的非线性阻尼和刚度系数。分别以时变阻尼自由振动系统、达芬有阻尼非线性简谐振动系统和范德波尔非线性自由振动系统为例子来说明小波变换方法对识别时变振动系统和非线性振动系统的有效性。     

高阶多重同步挤压变换识别时变结构瞬时频率

针对多重同步挤压变换及其改进算法存在估算瞬时频率精度不高的问题,提出新的高阶多重同步挤压变换算法并应用于时变结构的瞬时频率识别。该方法首先通过引入高阶瞬时振幅与相位得到精度更高地估算1阶瞬时频率,然后采用递推法得到估算的高阶瞬时频率。其次,对高阶瞬时频率进行多次迭代并对迭代后的瞬时频率进行重排,从而得到高阶多重同步挤压变换后的瞬时频带。再次,运用时频系数模局部极大值法在限定的频带范围内提取瞬时频率曲线。通过两组数值算例和一个质量突变的悬臂梁试验验证所提新方法的有效性,研究结果表明：相比现有的多重同步挤压变换改进算法,高阶多重同步挤压变换不仅具有较好的精度,而且可以减少未重排点。     

基于Morlet小波变换的模态参数识别研究

从卷积和Parseval定理的角度推导了小波变换系数的实用算法。以系统的自由响应数据为识别对象,给出了频率、阻尼比的参数识别方法,并重点给出了基于最小二乘法的振型识别技术。提出了基于改进Morlet小波的模态参数识别方法,对识别密集模态具有良好的效果。三自由度仿真算例表明,基于Morlet小波变换的模态参数识别技术能够以较高的精度识别出系统的频率、阻尼比和振型等模态参数。     

小波变换在密集模态结构参数识别中的应用

系统研究了小波变换在具有低频密集模态的土木工程结构参数识别中的应用。采用Morlet小波，首先阐述了该方法识别模态频率和模态阻尼比的基本原理；分析了其时间和频率分辨率，针对土木工程结构中低频模态密集的情况，提出了选择小波参数的具体方法。通过三自由度结构的数值分析验证了该方法的正确性和优越性。     

基于自由响应数据的时变系统物理参数识别

提出了一种基于自由响应信号识别时变系统物理参数的子空间方法.该方法以任意组合的位移、速度、加速度响应信号为测量信息,通过对仅利用一组响应信号组成的Hankel矩阵做奇异值分解,识别出等效状态的系统矩阵,然后运用推导出来的通用时变系统的转换矩阵,将等效状态系统矩阵转换成为实际物理状态下的系统矩阵,从而识别出实际系统的刚度、阻尼矩阵.以二自由度弹簧-质量-阻尼模型为算例,研究了突变、线性变化和周期变化三种变化形式下物理参数的识别,并讨论了不同信噪比下噪声对识别结果的影响,仿真算例验证了该方法的正确性和有效性.     

基于小波有限元法的连续梁移动荷载识别

将待识别车载简化为移动荷载投影到小波空间;车载所作用的连续梁模型以小波尺度函数为插值函数,以小波有限元法为建模方法,并通过单元转换矩阵实现了小波空间向物理空间的变换;采用部分加速度信号作为测得动响应数据,据此积分求出速度与位移响应并用于识别移动荷载。识别方法则借助了动态规划法与正则化法,避免了时程分析中的振荡现象。仿真算例验证了小波有限元用于连续梁模型移动荷载识别的可行性,且单元数较少;识别过程中所用一阶Tikhonov正则化法具有平滑去噪能力。     

用于时变系统辨识的自由响应递推子空间方法

通过对自由响应数据组成的广义Hankel矩阵做满秩分解得到系统的广义能观阵，利用广义能观阵的性质估计系统矩阵，得到与特征系统实现算法(ERA)等同的子空间方法．然后使用投影估计子空间跟踪算法(PAST)替代奇异值分解，跟踪广义Hankel矩阵的左奇异向量矩阵的变化。从而跟踪系统参数的变化．得到了利用自由响应数据(或脉冲响应数据)的递推子空间方法。通过移动质量块一简支梁模型的仿真试验检验，该方法可以有效地辨识时变系统的参数变化，而且计算量小，跟踪精度高，对噪声不敏感。     

基于小波的非线性结构系统识别

提出了一个基于小波变换的方法用于非线性结构系统识别。采用复Morlet小波,对非线性结构自由响应信号进行连续小波变换,根据小波系数模极大值的方法提取小波变换的脊线和小波骨架。提取的小波脊线和小波骨架被用来识别结构的瞬时频率和振幅,得到非线性结构的骨架曲线。为降低噪音的影响,采用一个基于奇异值分解（SVD）的方法对识别的结构进行处理。最后通过一个具有非线性刚度结构的数值模拟验证了该方法的有效性。     

Growth and decay of one-dimensional acceleration waves in non-linear materials with anelastic response

The growth behavior of acceleration waves which propagate in non-linear materials which exhibit anelastic response, in the sense of Eckart, is examined. The differential equation which governs the growth behavior of the wave is a generalized Riccati equation; this sets the present work off from previous studies of wave propagation in non-linear materials where, invariably, the governing equation is of Bernoulli type. It is noted that the Riccati equation derived reduces to one of Bernoulli type if the motion which defines the preferred time-dependent reference configuration is a homogeneous motion. Under the assumption that a continuous particular integral of the governing Riccati equation exists, the equation is reduced to one of Bernoulli type which is then readily integrated so as to yield the general solution. As part of our analysis, we apply the Quasilinearization method of Bellman & Kalaba and obtain an analytic expression which bounds solutions of the Riccati equation arising here; from the various upper bounds for the amplitude of the wave that are obtained we derive certain results concerning the asymptotic behavior of the amplitudes of waves that are either initially compressive or initially expansive.     

Data based model free hysteresis identification for a nonlinear structure

In the last two decades, the damage detection for civil engineering structures has been widely treated as a modal analysis problem and most of the currently available vibration-based system identification approaches are based on modal parameters, namely the natural frequencies, mode shapes and damping ratios, and/or their derivations, which are suitable for linear systems. Nonlinearity is generic in engineering structures. For example, the initiation and development of cracks in civil engineering structures as typical structural damages are nonlinear process. One of the major challenges in damage detection, early warning and damage prognosis is to obtain reasonably accurate identification of nonlinear performance such as hysteresis which is the direct indicator of damage initiation and development under dynamic excitations. In this study, a general data-based identification approach for hysteretic performance in form of nonlinear restoring force using structural dynamic responses and complete and incomplete excitation measurement time series was proposed and validated with a 4-story frame structure equipped with smart devices of magneto-rheological (MR) damper to simulate nonlinear performance. Firstly, as an optimization method, the least-squares technique was employed to identify the system matrices of an equivalent linear system of the nonlinear structure model basing on the excitation force and the corresponding vibration measurements with impact test when complete and incomplete excitations; and secondly, the nonlinear restoring force of the structure was identified and compared with the test measurements finally. Results show that the proposed data-based approach is capable of identifying the nonlinear behavior of engineering structures and can be employed to evaluate the damage initiation and development of different structure under dynamic loads.     

Identification of a nonlinear joint in an elastic structure using optimum equivalent linear frequency response function

As the main source of local nonlinearities, joints can lead to drastic changes in dynamic behavior of structures in a global scale. Finite element (FE) models often lack these nonlinearities and are incapable of representing nonlinear behavior. Therefore, the identification of nonlinear dynamic mechanical properties of the joint is necessary, in order to develop a faithful FE model of the structure. In the present work, dynamic parameters of a nonlinear joint are identified using an optimum equivalent linear frequency response function of the structure. A test rig, which includes a beam that can produce cubic stiffness spring characteristic as a nonlinear joint, is built, and nonlinear dynamic characteristics of the beam are identified. In addition to hardening behavior related to cubic stiffness, softening effects were also observed in some measured modes in which further investigation attributed that behavior to the presence of a bolt in the test rig.